Συνήθης ύλη

Όλες οι μορφές της ύλης μέσα στο Σύμπαν, που γνωρίζουμε ως τώρα, αποτελούνται από περίπου εκατό διαφορετικά είδη ατόμων, καθένα από τα οποία αποτελείται από ηλεκτρόνια με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο τα οποία περιστρέφονται γύρω από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα.
 

Ο ίδιος ο πυρήνας αποτελείται από νουκλεόνια - θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα νετρόνια - καθένα από τα οποία είναι περίπου 2000 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο. Έτσι η ατέλειωτη ποικιλία υλικών μέσα στο Σύμπαν είναι φτιαγμένη από τρία μόνο σωματίδια: το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο και το νετρόνιο.

 

Το ηλεκτρόνιο φαίνεται ότι δεν έχει πιο σύνθετη εσωτερική δομή, ενώ τα νουκλεόνια είναι σύνθετα σωματίδια, και το καθένα περιέχει τρία κουάρκ. Όπως το ηλεκτρόνιο, έτσι και τα κουάρκ δεν φαίνεται να έχουν πιο σύνθετη δομή. Μόνο δύο είδη κουάρκ, που ονομάζονται «άνω» (up) και «κάτω» (down), χρειάζονται ώστε να συντεθεί το πρωτόνιο και το νετρόνιο. Έχουν φορτίο +2/3 και -1/3 αντίστοιχα συγκριτικά με το φορτίο του ηλεκτρονίου που είναι -1.

Για να ολοκληρωθεί η εικόνα πρέπει να προσθέσουμε ένα ακόμα σωματίδιο χωρίς σύνθετη δομή. Αυτό είναι ένα ουδέτερο σωματίδιο, πολύ ελαφρύ (πιθανόν χωρίς μάζα), το οποίο ονομάζεται νετρίνο του ηλεκτρονίου, και συμπεριφέρεται σαν ηλεκτρόνιο χωρίς ηλεκτρικό φορτίο. Παίζει ουσιώδη ρόλο στις αντιδράσεις μετατροπής νετρονίων σε πρωτόνια και το ανάποδο.

Τέτοιες αντιδράσεις επιτρέπουν στην ύλη να αποκτήσει την πλέον ευσταθή της μορφή, στις ραδιενεργές διαδικασίες, που οδηγούν στα στοιχεία που παρατηρούμε στη φύση. Ακόμα, είναι σημαντικές διότι προμηθεύουν με «καύσιμα» τον Ήλιο και τους άλλους αστέρες. Σ' αυτή την περίπτωση το ελαφρύτερο στοιχείο, το υδρογόνο, μετατρέπεται πρώτα σε ήλιο, και μετά σε διαδοχικά βαρύτερα στοιχεία.